JP2008190116A - 建物の基礎地盤の液状化対策構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つ安価な方法で容易に施工できると共に、液状化層に液状化が生じた場合でも、杭頭部の破壊や破損を発生させることなく、建物を安定的に支持した状態を容易に保持することのできる建物の基礎地盤の液状化対策構造を提供する。
【解決手段】本発明の液状化対策構造は、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１６を有する複数のテーパー杭１０を、上層部分１３に液状化層１４を含む建物１７の基礎地盤１１の表層部分１５に、外径の小さな他端部１０ｂ側を下方に向けて圧入用重機１８を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで格子状に設置して、基礎地盤１１の表層部分１５を締め固めることによって構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の基礎地盤の液状化対策構造に関し、特に液状化層を含む建物の基礎地盤を改良して、液状化が生じても建物を安定して支持できるようにする建物の基礎地盤の液状化対策構造に関する。

液状化する可能性のある地盤として、例えば滞水した砂層やシラス層等からなる液状化層を含む地盤では、地震時の震動や衝撃によって間隙水に高い圧力が発生し、地盤の有効応力が減少して液状化する場合がある。このような液状化が生じると、間隙水の減少による液状化層の体積変化によって、これの上方に建てられた建物に沈下等が生じ、不具合が発生する場合がある。

このような液状化対策として、建物の直下、あるいは建物の下方の液状化層を地盤改良し、液状化そのものの発生を防止する対策が採られているが、液状化を完全に抑えるのは困難な場合もある。また建物の規模や液状化層の厚さが大きくなるのに伴い、地盤改良の工事に要する工期や施工コストが膨大になる。

一方、上層部分に液状化層を含む基礎地盤に対して、下方の非液状化層からの厚さに応じて設計された、液状化層の液状化による建物の沈下量を許容沈下量以下とすることのできる層厚の地盤改良体を、平面視で建物が内包される領域における建物の直下の表層部分に設けることにより、地盤改良体を形成する工事の工期や施工コストを削減すると共に、基礎地盤が液状化しても建物を地盤改良体によって安定的に支持できるようにした基礎地盤の液状化対策構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−８３１７４号公報

特許文献１のように液状化層を含む基礎地盤の表層部分を地盤改良する場合、例えば当該表層部分を２ｍ程度の深さで掘削し、掘削土砂とセメント系固化材とを混ぜ合わせた後に転圧することによって表層部分を締め固めて、地盤改良体を形成することが考えられる。

しかしながら、このような工法では、特に住宅建築物等の小規模な建物に対する液状化対策として、例えば狭小な宅地に施工する場合、隣地境界に近い領域の表層部分を掘削する際に土留めのための仮設工事が必要になる等、必ずしも地盤改良体を形成する工事の工期や施工コストを効率良く削減できるものとは言い難かった。また、表層部分を掘削したり、掘削土砂をセメント系固化材と混ぜ合わせる際に使用する一般的な掘削機械では、地盤改良できる深さは２ｍ程度が限度であり、液状化層の層厚が大きい場合には、建物を安定的且つ効果的に支持できる深さで地盤改良体を形成することは困難だった。

これに対し、他の液状化対策として、液状化層の下方まで打ち込んだ杭によって支持力を確保して、建物の沈下を防止するようにした工法も採用されているが、杭の周辺の地盤が液状化を起こした時の水平方向の地震荷重によって、建物の基礎に根入れした杭頭部に、せん断破壊や曲げ破壊を生じたり、杭と建物の基礎との接合部分が損傷したりするおそれがある。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたものであり、特に住宅建築物等の小規模な建物の基礎地盤に対しても、簡易且つ安価な方法で容易に施工できると共に、液状化層に液状化が生じた場合でも、杭頭部の破壊や破損を発生させることなく、建物を安定的に支持した状態を容易に保持することのできる建物の基礎地盤の液状化対策構造を提供することを目的とする。

本発明は、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有する複数のテーパー杭を、上層部分に液状化層を含む建物の基礎地盤の表層部分に、外径の小さな他端部側を下方に向けて圧入用重機を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで設置して、前記基礎地盤の表層部分を締め固める建物の基礎地盤の液状化対策構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記複数のテーパー杭を、前記建物の基礎地盤に格子状に設置することが好ましい。

また、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記テーパー形状部分の最大外径が、１２０〜４５０ｍｍであることが好ましい。

さらに、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記テーパー形状部分の勾配が、１／２５〜１／２００であることが好ましい。

さらにまた、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記テーパー杭の長さが、２００〜６００ｃｍであることが好ましい。

また、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記所定のピッチが、前記テーパー形状部分の最大外径の２〜３．５倍の中心間間隔であることが好ましい。

さらに、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記建物の基礎が、外回り部分に立上り部を有するべた基礎であり、前記立上り部に沿って外回りテーパー杭が設置されると共に、前記外回り部分に囲まれる内側部分に内側テーパー杭が分散して設置されることが好ましい。

さらにまた、本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記立上り部に沿って設置される外回りテーパー杭は、その杭頭部が前記べた基礎の底面部に根入れした状態で設けられ、前記外回り部分に囲まれる内側部分に設置される内側テーパー杭は、その杭頭部が前記べた基礎の底面部に接置した状態で設けられることが好ましい。

本発明の建物の基礎地盤の液状化対策構造によれば、特に住宅建築物等の小規模な建物の基礎地盤に対しても、簡易且つ安価な方法で容易に施工できると共に、液状化層に液状化が生じた場合でも、杭頭部の破壊や破損を発生させることなく、建物を安定的に支持した状態を容易に保持することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る建物の基礎地盤の液状化対策構造は、液状化する可能性のある地盤である例えば滞水した砂層やシラス層等からなる液状化層を含む地盤を基礎地盤として、例えば小規模の建物である住宅建築物を構築する際に、地震時の震動や衝撃によって液状化層が液状化した場合でも、住宅建築物の沈下量を許容範囲内に留めることができるようにすると共に、建物を基礎地盤によって安定的に支持した状態を保持できるようにすることを目的として、液状化対策として基礎地盤に施工されるものである。

すなわち、本実施形態では、図１に示すように、基礎地盤１１は、下層の非液状化層１２の上方に配置された上層部分１３の略全体が、例えば滞水した砂層やシラス層等からなる液状化層１４となっており、この上層部分１３が液状化層１４となった基礎地盤１１の表層部分１５を複数のテーパー杭１０を用いて効果的に締め固めることにより、液状化対策として、地盤改良体を上層部分１３に形成することなく、基礎地盤１１を簡易且つ効果的に補強できるようにしたものである。

そして、本実施形態の基礎地盤の液状化対策構造は、図２〜図４にも示すように、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１６を有する複数のテーパー杭１０を、上層部分１３に液状化層１４を含む建物（住宅建築物）１７の基礎地盤１１の表層部分１５に、外径の小さな他端部１０ｂ側を下方に向けて圧入用重機１８（図６参照）を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで設置して、上層部分１３の上部である、基礎地盤１１の表層部分１５を締め固めることによって構成される。

本実施形態では、テーパー杭１０は、図５に略示図として示すように、例えば公知の鋼管製造方法によって筒状に成形加工された、肉厚が例えば４．５ｍｍ程度の鋼管杭である。またテーパー杭１０は、好ましくは２００〜６００ｃｍの長さＬを有しており、その一端部（上端部）１０ａ側の４００〜５００ｍｍ程度の長さｓのストレート管部１９と、このストレート管部１９に接合一体化されると共に、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１６とからなる。

また、本実施形態では、テーパー杭１０のテーパー形状部分１６は、ストレート管部１９と接合することにより当該ストレート管部１９と同じ外径を有する一端部１０ａ側の元径部分が、最大外径を備えており、この元径部分の最大外径は、好ましくは１２０〜４５０ｍｍとなっている。またテーパー杭１０のテーパー形状部分１５は、その外周面が、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて、好ましくは１／２５〜１／２００の勾配で傾斜するように形成されている。

そして、このような形状を有するテーパー杭１０は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、例えば鋼管杭やＰＣコンクリート杭を打設する重機として公知の、各種の圧入機構を備える圧入用重機１８を用いて、液状化層１４を含む基礎地盤１１の表層部分１５に容易に圧入設置することができる。すなわち、テーパー杭１０を住宅建築物１７の建築施工現場に搬入した後、図６（ａ）に示すように、テーパー杭１０を、圧入用重機１８を用いて設計打設位置に、外径の小さな先細りの他端部（下端部）１０ｂを鉛直下方に向けた倒立状態で建込む。しかる後に、図６（ｂ）に示すように、圧入用重機１８を用いて、建込んだテーパ杭１０を適宜回転させつつ、例えば７ｔ〜８ｔ程度の圧入力を加えて、基礎地盤１１の表層部分１５に圧入又は回転圧入してゆくことにより、表層部分１５を乱さない状態で、テーパー形状部分１６の外周面を周囲の基礎地盤１１と密着させつつ、テーパ杭１０を所望の位置に容易に埋設設置してゆくことができる。

ここで、テーパー杭１０の上端部分のストレート管部１９は、テーパー杭１０を建込んだり圧入してゆく際に、圧入用重機１８の圧入施工治具１８ａが装着される部分である。ストレート管部１９には、例えばこれの上端部内側面に、係止リブ（図示せず。）が内側に突出して設けられている。圧入用重機１８の圧入施工治具１８ａがストレート管部１９に装着された際に、例えば圧入施工治具１７ａに設けられた係止溝をこの係止リブに係止することにより、圧入施工治具１８ａに対するストレート管部１８の相対回転が防止される。また係止リブが係止溝に係止されることにより、圧入用重機１８からの回転力を圧入施工治具１８ａを介して確実にテーパー杭１０に伝えることができ、テーパー杭１０の回転圧入をスムーズに行うことが可能になる。

また、本実施形態では、テーパー杭１０には、外径の小さな他端部（下端部）１０ｂの先端開口を閉塞するようにして、先端金具２０が取り付けられている（図６（ａ），（ｂ）参照）。先端金具２０は、例えば円筒スリーブ部の中空内部を仕切りプレートで上下に仕切って上方部分をテーパー杭１０への先端嵌着部とし、当該先端嵌着部にテーパー杭１０の先端部分を嵌め込んだ状態で、溶接等によりテーパー杭１０に固定される。また例えば円筒スリーブ部の仕切りプレートよりも下方部分には、これの中央を直径方向に横断するように配置されると共に、先端金具２０よりもさらに下方に突出する押退けプレート部材２１が、溶接等により固定されて取り付けられている。この押退けプレート部材２１がテーパー杭１０の回転圧入に伴って回転することにより、基礎地盤１１の表層部分１５にテーパー杭１０の圧入を妨げる転石や地中障害物等が存在する場合でも、押退けプレート部材２１によってこれらの転石や地中障害物等を押退けつつ、テーパー杭１０を略鉛直に保持した状態で、引き続きテーパー杭１０を圧入して行くことが可能になる。

そして、本実施形態では、上述のようにして複数のテーパー杭１０を地中に圧入又は回転圧入することにより、図１〜図３に示すように、群杭を形成するように所定のピッチで基礎地盤１１の表層部分１５に設置して、基礎地盤１１の表層部分１５を締め固める。すなわち、本実施形態では、住宅建築物１７の基礎は、例えば矩形平面形状を有すると共に、外回り部分に立上り部２３を有するべた基礎２２によって構成されており、立上り部２３に沿って外回りテーパー杭１０’が設置されると共に、外回り部分に囲まれる内側部分に内側テーパー杭１０”が分散して設置される。また、複数の外回りテーパー杭１０’及び内側テーパー杭１０”は、矩形平面形状のべた基礎２２の領域内において、所定のピッチで縦横に格子状に配置されて基礎地盤１１に設置される。

ここで、複数のテーパー杭１０が基礎地盤１１の表層部分１５に群杭状に設置される所定のピッチは、テーパー形状部分１６の最大外径の２〜３．５倍の中心間間隔で、且つ７５ｃｍ以上の中心間間隔とすることが好ましい。隣接するテーパー杭１０間のピッチをテーパー形状部分１６の最大外径の２〜３．５倍の中心間間隔とすることにより、群杭状に設置される複数のテーパー杭１０による基礎２２の下方の表層部分１５全体の締め固め効果を、効率良く発揮させることが可能になる。

また、本実施形態では、べた基礎２２の外回り部分の立上り部２３に沿って設置される外回りテーパー杭１０’は、図４に示すように、その杭頭部２５がべた基礎２２の底面部２２ａに根入れした状態で設けられ、外回り部分に囲まれる内側部分に設置される内側テーパー杭１０”は、その杭頭部２５がべた基礎２２の底面部２２ａに接置した状態で設けられる。すなわち、べた基礎２２は、複数のテーパー杭１０’，１０”を地中に設置した後に、例えば基礎地盤１１の地表面に基礎砕石２６を敷設し、さらに鉄筋、型枠等を配置してコンクリートを打設することによって形成され、外回りテーパー杭１０’のストレート管部１９による杭頭部２５は、立上り部２３の下方の底面部２２ａに、例えば５０〜１００ｍｍ程度の根入長ｔで根入れされることにより、固定端としてべた基礎２２に接合されることになる。

また、内側テーパー杭１０”のストレート管部１９による杭頭部２５は、べた基礎２２の底版部２４の下方の底面部２２ａにその天端面を接置させることによって、自由端としてべた基礎２２に接合されることになる。

なお、本実施形態では、べた基礎２２には、外回り部分の立上り部２３の他に、適宜の位置で住宅建築物１７を下方から支持する内部立上り部２７が、住宅建築物１７の間取りに対応させて、内側テーパー杭１０”の配置とは無関係に配設されている（図２参照）。

そして、上述の構成を備える本実施形態の建物の基礎地盤の液状化対策構造によれば、住宅建築物１７の基礎地盤１１に対して、簡易且つ安価な方法で容易に施工できると共に、液状化層１４に液状化が生じた場合でも、テーパー杭１０の杭頭部２５の破壊や破損を発生させることなく、住宅建築物１７を安定的に支持した状態を容易に保持することが可能になる。

すなわち、本実施形態によれば、テーパー形状部分１６を有する複数のテーパー杭１０を、上層部分１３に液状化層１４を含む基礎地盤１１の表層部分１５に、外径の小さな他端部１０ｂ側を下方に向けて圧入用重機１８を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで設置して表層部分１５を締め固めることによって構成されるので、地盤改良体を表層部分１５に形成する工事と比較して、簡易且つ安価に施工することが可能になる。

また、圧入用重機１８を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより複数のテーパー杭１０による群杭を形成するので、各テーパー杭１０は、テーパー形状部分１６の先細りの楔形状によって、周囲の基礎地盤１１を押し拡げるようにしながら、その外周面を周囲の表層部分１５の地盤に強固に密着させてゆくことになるので、基礎地盤１１を乱さない状態で表層部分１５の圧密を促進しつつ基礎地盤１１の表層部分１５を効果的に締め固めることが可能になると共に、テーパー杭１０の外周面に大きな摩擦力を確保することができ、テーパー形状部分１６の楔効果と相俟って、大きな地盤反力や支持力を得ることが可能になる。さらに、基礎地盤１１の表層部分１５を効果的に締め固めることにより、外力に対する地盤抵抗力を高めることが可能になる。

これらによって、地震時に液状化層１４に液状化が生じた場合でも、群杭状に設置されたテーパー杭１０によって十分に締め固められた表層部分１５に液状化が及ぶのを回避することが可能になるので、住宅建築物１７の沈下量を許容沈下量以下に抑制することが可能になると共に、摩擦杭であるテーパー杭１０によって締め固められた表層部分１５が住宅建築物１７と一体となって挙動することにより、杭頭部２５の破壊や破損を発生させることなく、住宅建築物１７を安定的に支持した状態を容易に保持することが可能になる。

また、テーパー杭１０の長さＬは、好ましくは２００〜６００ｃｍの範囲で任意に設定して容易に圧入することができるので、液状化層１４の層厚が大きい場合でも、液状化対策として必要な表層部分１５の補強深度に対して、効果的に補強することが可能になる。

さらに、外周面が傾斜するテーパー杭１０は、その鉛直方向の支持力性能に関しても、例えばストレート形状の杭の１．３倍程度の性能を有していることから、沈下に対する基礎地盤１１の補強対策としても有効であり、また圧入又は回転圧入によって施工されることから、無排土施工が可能であり、残土処分量を大幅に低減することが可能になる。

さらにまた、圧入用重機１８による圧入によってテーパー杭１０が基礎地盤１１に設置されるので、例えば圧入作業の施工時や圧入作業の終了後における押し込み力（圧入力）を管理データとして計測し、この管理データからテーパー杭１０による支持力を確認したり、支持力を推定したりすることも可能になる。またセメント系固化材を使用しないので、周辺の環境保全を図ることも可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、テーパー杭は鋼管杭である必要は必ずしも無く、ＰＣコンクリート杭等であっても良い。また、建物は住宅建築物である必要は必ずしも無く、建物の基礎は、矩形平面形状のべた基礎である必要は必ずしもない。矩形平面形状以外のべた基礎やべた基礎以外の基礎であっても良い。さらに、複数のテーパー杭を基礎地盤の表層部分に格子状に配置する必要は必ずしも無く、その他の配置形状で群杭状に分散設置することもできる。

本実施形態の好ましい一実施形態に係る建物の基礎地盤の液状化対策構造を説明する略示断面図である。 テーパー杭の配置を説明する建物の基礎部分の略示平面図である。 テーパー杭の配置を説明する建物の基礎部分の部分略示斜視図である。 テーパー杭の杭頭部を建物の基礎に接合する状態を説明する部分断面図である。 テーパー杭の略示側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、圧入用重機を用いてテーパー杭を地中に圧入する状況を説明する略示側面図である。

符号の説明

１０ テーパー杭
１０ａ テーパー杭の一端部（上端部）
１０ｂ テーパー杭の他端部（下端部）
１０’外周りテーパー杭
１０”内側テーパー杭
１１ 基礎地盤
１２ 非液状化層
１３ 基礎地盤の上層部分
１４ 液状化層
１５ 基礎地盤の表層部分
１６ テーパー杭のテーパー形状部分
１７ 住宅建築物（建物）
１８ 圧入用重機
１９ テーパー杭のストレート管部
２２ べた基礎（建物の基礎）
２３ べた基礎の外回り部分の立上り部
２４ べた基礎の底版部
２５ 杭頭部

Claims (8)

1. 一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分を有する複数のテーパー杭を、上層部分に液状化層を含む建物の基礎地盤の表層部分に、外径の小さな他端部側を下方に向けて圧入用重機を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで設置して、前記基礎地盤の表層部分を締め固める建物の基礎地盤の液状化対策構造。
2. 前記複数のテーパー杭を、前記建物の基礎地盤に格子状に設置する請求項１に記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。
3. 前記テーパー形状部分の最大外径が、１２０〜４５０ｍｍである請求項１又は２に記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。
4. 前記テーパー形状部分の勾配が、１／２５〜１／２００である請求項１〜３のいずれかに記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。
5. 前記テーパー杭の長さが、２００〜６００ｃｍである請求項１〜４のいずれかに記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。
6. 前記所定のピッチが、前記テーパー形状部分の最大外径の２〜３．５倍の中心間間隔である請求項１〜５のいずれかに記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。
7. 前記建物の基礎が、外回り部分に立上り部を有するべた基礎であり、前記立上り部に沿って外回りテーパー杭が設置されると共に、前記外回り部分に囲まれる内側部分に内側テーパー杭が分散して設置される請求項１〜６のいずれかに記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。
8. 前記立上り部に沿って設置される外回りテーパー杭は、その杭頭部が前記べた基礎の底面部に根入れした状態で設けられ、前記外回り部分に囲まれる内側部分に設置される内側テーパー杭は、その杭頭部が前記べた基礎の底面部に接置した状態で設けられる請求項７に記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造。

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